Tipos de Cementos en la industria industria petrolera
TIPOS DE CEMENTO UTILIZADOS EN LA INDUSTRIA PETROLERA
Definición de cemento
Se denomin denomina a cemento a un conglomerante conglomerante formado formado a partir de una mezcla de caliza y arcilla arcilla calcinadas calcinadas y posteriormente molidas, que tiene la propiedad de endurecer al contacto con el agua. Mezclado con agregados pétreos ( grava y arena)) y agua, crea una mezcla uniforme, maleable y plástica que fragua y se arena endurece, adquiriendo consistencia pétrea. Clasificación de los Cementos según API ASTM!
El merican merican !etroleun "nstitute (!") #a identificado identificado nueve tipos de cementos de acuerdo a su composici$n y propiedades f%sicas, y los refiere como &clase' en tanto tanto el SM SM (merica (merican n Section Section of t#e "nterna "nternation tional al ssoci ssociati ation on for esting sting Materials) norma los cementos por &tipos'. "! Ceme Cemento nto clase clase #A$ #A$
Está dise*ado para emplearse a +.- m. (/. pies) de profundidad como má0i má0imo mo,, con con temp temper erat atur uras as de 11 23 (+1 (+1 24) 24) y dond donde e no se requ requie iera ran n propied propiedade ades s especia especiales les no brinda brinda ninguna ninguna resisten resistencia cia a los sulfatos sulfatos.. Esta Esta clase de cemento es el más barato. El SM denomina a este cemento como &ipo "'. Este cemento es un producto obtenido de la molienda con5unta de 3lin6er y yeso. !or ser fabricado con 3lin6er ipo "", tiene moderada resistencia al ataque por sulfatos (MS7). 8 alta ad#erencia en las lec#adas, lo que se traduce en un me5or me5or soporte de la tuber%a. tuber%a. El ba5o contenido contenido de 3- permite que las lec#adas sean poco susceptibles al ataque por sulfatos provenientes de los estratos estratos o fluidos fluidos circulante circulantes s en el pozo. pozo. !or su moderado moderado calor calor de #idra #idratac taci$n i$n,, redu reduce ce en gran gran medid medida a la posib posibili ilida dad d de fisura fisuras, s, evita evitand ndo o el movimiento de fluidos #acia la tuber%a y protegiéndola contra la corrosi$n. !osee un ba5o contenido de cloruros. %! Ceme Cement nto o cla clase se #&$ #&$
Está dise*ado para emplearse a +.- m. (/. pies) de profundidad como má0imo má0imo,, con con tempe tempera ratur turas as de 11 23 (+1 (+1 24). 24). Este Este cemen cemento to no requi requiere ere 1
Tipos de Cementos en la industria petrolera propiedades especiales, y su aplicaci$n se da cuando las condiciones del pozo lo permitan y donde se requiere moderada a alta resistencia a los sulfatos. Este cemento presenta un contenido 3- menor que el cemento clase y tiene un costo ligeramente superior. El SM denomina a este cemento como &ipo ""'. 9os cementos con ba5o contenido de 3- son menos susceptibles al ataque de sulfatos. 9os sulfatos son considerados como los productos qu%micos más corrosivos con respecto al cemento fraguado en el fondo del pozo. Ellos reaccionan con los cristales de calizas y de aluminato tricálcico. Estos cristales requieren un mayor volumen que el provisto por el espacio poroso en el cemento fraguado, y dan por resultado una e0cesiva e0pansi$n y deterioro del cemento. !odemos encontrar estos sulfatos en las salmueras de las formaciones y algunos de ellos son, el sulfato de sodio y el sulfato de magnesio '! Cemento clase #C$
Está dise*ado para emplearse a +.- m. (/. pies) de profundidad como má0imo, con temperaturas de 11 23 (+1 24), donde se requiere alta resistencia a la compresi$n temprana, se fabrican en los tres grados de resistencia a los sulfatos (ba5a, moderada y alta). Este cemento presenta un alto contenido 3-S. El SM denomina a este cemento como &ipo """'. Este cemento requiere más agua de mezcla y por lo tanto se crea una lec#ada de ba5a densidad Se asienta rápidamente pero no desarrolla muc#a resistencia a la compresi$n. iene un alto contenido de 3-. (! Cemento clase #D$
Este cemento se emplea de +.- (/. pies) #asta -.: m. (+. pies) de profundidad con temperaturas de #asta ++ 23 (;- 24) y presi$n moderada. Se fabrica en moderada y alta resistencia a los sulfatos. Estos cementos resultan más costosos que otras clases de cementos. Este cemento representa al tipo "< para el SM. )! Cemento clase #E$
Este cemento se emplea de -.: (+. pies) #asta =;1 m. (+=. pies) de profundidad con temperaturas de +=- 23 (;> 24) y alta presi$n. Se fabrica en moderada y alta resistencia a los sulfatos. Estos cementos resultan más costosos que otras clases de cementos. Equivale al SM tipo <. *! Cemento clase #+$
Este cemento se usa de -.: (+. pies) #asta = m. (+/. pies) de profundidad con temperaturas de +/ 23 (-; 24), donde e0ista alta presi$n. 2
Tipos de Cementos en la industria petrolera Se fabrica en moderada y alta resistencia a los sulfatos. Estos cementos resultan más costosos que otras clases de cementos. Equivale al SM tipo <". Los cementos clase D, E y F (Cementos retardados), son utilizados para alcanzar mayores profundidades. Presentan una significativa reducción de las cantidades de C! y de C" y un aumento de tama#o de sus part$culas lo %ue provoca un efecto retardante en el fraguado. ,! Cemento clase #-$ #.$
3om?nmente conocidos como cementos petroleros, son cementos básicos para emplearse desde la superficie #asta ;;= m. (. pies), tal como se fabrican. !ueden modificarse con aceleradores o retardadores de frag@e, para usarlos en un amplio rango de condiciones de presi$n y temperatura. Se fabrica en moderada y alta resistencia a los sulfatos. En cuanto a su composici$n, son similares a los cementos !" 3lase A. 9a composici$n qu%mica de los cementos clase B y C son esencialmente iguales. 9a principal diferencia radica en su área superficial, los cementos clase C son más gruesos que los cementos clase C, que se evidencia a través de sus diferentes requerimientos de agua. Equivalen a los SM tipo <"" y <""" respectivamente 9os cementos clase B y C son los más usados #oy en d%a. 4ueron desarrollados en respuesta a las me5oras de la tecnolog%a de aceleramiento y retardamiento. 9a tabla ;.: lista las clases de cemento !" e indica las cuáles son las profundidades a las que son aplicables.
3
Tipos de Cementos en la industria petrolera
En algunos pa%ses un fabricante espec%fico puede, por velocidad y simplicidad, usar un s%mbolo para identificar varios tipos de cemento. 9a tabla ;.+ cataloga identificaciones equivalentes para varios tipos de cemento !ortland, usados por algunos pa%ses com?nmente asociados con la industria petrolera
/! Cementos es0eciales
Cementos ultra finos 9as part%culas de estos cementos son muc#o más peque*as que las del cemento !ortland. El tama*o promedio de sus part%culas es de ;Dm en 4
Tipos de Cementos en la industria petrolera comparaci$n con los cementos convencionales cuyas part%culas poseen un tama*o comprendido entre : y + Dm. 9a principal aplicaci$n de estos cementos es como un cemento de peso liviano (densidad ba5a) con un desarrollo de resistencia temprano. ambién son usados para reparar fracturas en el cemento, reparar fisuras en el revestimiento, cerrar flu5os de agua u otros problemas similares, debido a que son capaces de penetrar aberturas peque*as gracias al m%nimo tama*o de sus part%culas. Cementos Epo&i Son materiales com?nmente usados cuando el cemento está e0puesto a fluidos corrosivos. Estos cementos no son solubles en ácido pero son muy costosos. Beneralmente son usados en pozos inyectores donde se utilizan fluidos con ba5o pC. Son productos puros y muy consistentes.
Cemento Escoria 9a composici$n de este material es principalmente silicato mono cálcico, silicato di cálcico y aluminosilicatos di cálcico. Este compuesto es altamente tolerante a la contaminaci$n con fluidos de perforaci$n. na de sus principales aplicaciones es la de convertir el lodo en cemento. Esta tecnolog%a #a sido aplicada en pozos sometidos a inyecci$n de vapor con muy buenos resultados. Puzolanas Son materiales silicios y aluminosos que poseen poco o ning?n valor cementoso pero que al reaccionar con el #idr$0ido de calcio a temperaturas moderadas, forman compuestos con propiedades de cemento. El más com?n de estos compuestos es el &498 SC' o ceniza volcánica, el cual se obtiene como residuo de las plantas eléctricas de carb$n. 9as puzolanas naturales provienen generalmente de las actividades volcánicas. 3uando estos compuestos son utilizados en combinaci$n con el cemento !ortland, el Cidr$0ido de 3alcio liberado por la #idrataci$n del cemento, reacciona con los aluminosilicatos presentes en la !uzolana para formar compuestos cementosos con propiedades co#esivas y ad#esivas. El FL' !" es el %ue ms com*nmente es com+inado con el cemento Portland de+ido a su +ao costo, no lo diluye e incrementa la resistencia a la compresión del mismo. "in em+argo, de+ido a su inconsistencia, solo es usado a temperaturas por de+ao de los - /F.
5
Tipos de Cementos en la industria petrolera Cementos diesel (cemento +ase diesel) Este tipo de cemento resulta de mezclar un cemento !" clase , A, B o C, con diesel o 6erosene y surfactante. 9os cementos Fiesel tienen un tiempo de bombeabilidad ilimitado y no fraguan a menos que se ubiquen en zonas con presencia de agua. 3onsecuentemente son muy usados para sellar zonas productoras de agua, donde la lec#ada absorbe el agua y el cemento fragua #asta endurecerse totalmente. ambién son usados para controlar perdidas de circulaci$n. El surfactante tiene la funci$n de reducir la cantidad de #idrocarburos necesarios para #umectar las part%culas de cemento. Este tipo de cemento es muy utilizado para efectuar cementaciones en pozos de producci$n que tienen un alto corte de agua. Cementos resinoso o plsticos Son materiales especialmente usados para colocar tapones selectivos en pozo abierto, cementaciones a presi$n y para cementar zonas que se van a abandonar en un pozo. !or lo general son mezclas de resinas l%quidas, un catalizador en polvo y un cemento !" clase , A, B o C. 9a propiedad más particular de estos cementos es cuando se aplica presi$n a la lec#ada, la fase resinosa puede ser estru5ada frente a la zona permeable y formar un sello dentro de la formaci$n. Estos cementos se usan en pozos donde se requieren vol?menes relativamente ba5os de lec#ada, son efectivos a temperaturas que van desde +:,: 23 (/ 24) #asta >- 23 (; 24). Cementos de yeso 9os cementos de yeso son usados para traba5os de remediaci$n de una cementaciion. Gormalmente están disponibles enH I I
na forma des#idratada de yeso (3aSJ= K 1 .%O) 8 como yeso contenedor de un aditivo poderoso de resina (3aSJ= K ;C;J)
9as ?nicas propiedades de un cemento de yeso son su capacidad de ubicarse rápidamente, su alta dureza temprana, y su e0pansi$n positiva. 9os cementos de yeso son mezclados con cementos !" 3lase , B o C en un rango de a + L de concentraci$n para producir las propiedades ti0otropicas. Esta combinaci$n es particularmente ?til en pozos someros para minimizar los recursos de emergencia después de su desplazamiento. Febido a la solubilidad del yeso, es usualmente considerado como un material de taponamiento temporal a menos que sea ubicado en el fondo del pozo 6
Tipos de Cementos en la industria petrolera donde no #ay movimiento de agua. En enfrentamientos con la perdida de circulaci$n, los cementos de yeso son algunas veces mezclado con vol?menes iguales de cementos portland para formar un material de taponamiento insoluble y permanente. Estas mezclas deben ser usadas cautelosamente porque tienen propiedades de ubicaci$n muy rapidas y pueden ubicarse prematuramente durante el desplazamiento. 3ementos e0pansivos 3emento con aluminato de calcio 3emento de late0 3emento de congelaci$n permanente
• • • •
7
